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誰卡了馬斯克的脖子:動力電池的原料爭奪戰(zhàn)

發(fā)布人:遠(yuǎn)川科技評論 時間:2021-06-24 來源:工程師 發(fā)布文章

6月13日,剛參加完亞布力論壇的比亞迪董事長王傳福,又馬不停蹄趕到重慶,在演講中,他擺出了一組數(shù)據(jù):中國70%以上的石油需要進(jìn)口,70%(實(shí)際上是80%)需要經(jīng)過馬六甲海峽,70%是消費(fèi)在交通運(yùn)輸環(huán)節(jié)。

不過王傳福的目的不是給電動車造勢,而是想說電動車同樣會遇到燃油車的“卡脖子”問題:“發(fā)展新能源汽車最主要是為了解決石油卡脖子問題,但是中國的鈷資源幾乎沒有,鎳資源也很少,中國不可能走回頭路,從被石油卡脖子到被金屬鈷和鎳卡脖子?!?/p>

因此他得出結(jié)論,相比于要使用大量鎳、鈷的三元鋰電池,使用磷酸鐵鋰作為正極材料的刀片電池不僅安全性更好,而且完全不依賴稀有金屬,沒有卡脖子的后顧之憂。

擔(dān)心被卡脖子的不止王傳福,還有太平洋對岸的馬斯克。今年2月份,砍掉了公關(guān)部的馬斯克發(fā)了一條推特,說道:“鎳是我們最大的擔(dān)憂,正是因?yàn)殒嚩倘?,所以?biāo)準(zhǔn)續(xù)航版車型才會使用無鎳的磷酸鐵鋰電池?!?/p>

雖然大家都有相似的憂患意識,但王傳福和馬斯克卻選擇了兩種截然相反的解決方案:比亞迪押注的是成本更低,能量密度也更低、同時也更安全的磷酸鐵鋰,并且在積極推動刀片電池的外供;特斯拉選擇的是成本更高、能量密度更高、但安全性稍遜一籌的三元鋰電池。

為了鎖定上游資源,馬斯克一邊給鎳礦廠商畫餅,告訴他們“只要環(huán)保開采,就別愁沒有大訂單”,另一邊,又去勾搭鎳資源最豐富的印度尼西亞。

作為電動車的“心臟”,電池及其上游的原材料供應(yīng)也越來越得到資本市場的關(guān)注,本文將試圖回答以下三個問題:

1. 為什么鎳如此重要?

2. 特斯拉為什么要死磕鎳?

3. 誰在鎳的開發(fā)上擁有最大話語權(quán)?

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2019年,諾貝爾化學(xué)獎頒給了三個耄耋之年的老人,以表彰他們在“鋰離子電池開發(fā)”領(lǐng)域的貢獻(xiàn),他們可能不會想到,四十多年前發(fā)明的鋰電池竟然會在汽車行業(yè)里掀起一場滔天巨浪。

鋰電池的工作原理其實(shí)并不復(fù)雜:通過鋰離子在正負(fù)極之間的移動實(shí)現(xiàn)充放電功能,之所以選擇鋰,因?yàn)樗鞘澜缟献钶p的金屬,在同等體積和重量的條件下,能存儲和搬運(yùn)更多的能量,是一種絕佳的載體。

正極是決定電池性能最關(guān)鍵的材料,所以電池通常都以正極材料命名,包括鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和三元鋰電池,鈷酸鋰因?yàn)楹邪嘿F的“鈷”,所以成本較高,但是由于更高的壓實(shí)密度,在3C電子行業(yè)占據(jù)統(tǒng)治地位。

目前,電動車使用最多的是磷酸鐵鋰和三元鋰電池。

磷酸鐵鋰的優(yōu)點(diǎn)是循環(huán)壽命長,安全性好。而且不含鈷和鎳這樣的稀有金屬,所以成本低廉。缺點(diǎn)是能量密度不高,低溫性能差,但是通過封裝技術(shù)的提升,續(xù)航里程也能達(dá)到500-600km以上。國產(chǎn)Model3和比亞迪漢用的都是磷酸鐵鋰電池。

所謂的三元鋰電池,則是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(NCM)或者是鎳鈷鋁酸鋰(NCA)的鋰離子電池。目前,NCA的核心技術(shù)被松下牢牢掌握,專供特斯拉。國內(nèi)主要生產(chǎn)的是NCM。蔚來用的都是三元鋰電池。

無論是是三元還是磷酸鐵鋰,所有的技術(shù)路線都少不了對“鋰”的開發(fā),鋰也被認(rèn)為是新能源時代的“白色石油”,全球大部分鋰資源主要分布南美和澳大利亞的“三湖七礦”中,按理說,鋰應(yīng)該是各方爭奪最激烈的資源,但事實(shí)并非如此。

從2015年開始,由于全球新能源汽車市場的爆發(fā),上游鋰礦和鋰鹽的投資不斷增加,并且在2017-2019年持續(xù)放量,但是沒想到,在經(jīng)歷2019年全球汽車市場負(fù)增長之后,又碰到了2020年的新冠疫情,下游需求驟降,導(dǎo)致鋰鹽價格一路走低,從2018年的16萬/噸跌到去年的4-5萬元/噸。

換句話說,過去兩年鋰資源的供給其實(shí)是相對過剩的。那么作為三元電池的核心材料,含量最高的鎳、鈷的戰(zhàn)略價值逐漸凸顯。

其中,鈷金屬大部分分布在剛果(金),因?yàn)殚L年戰(zhàn)亂,供給極不穩(wěn)定,價格波動劇烈,很多電池廠商一直在想辦法降低鈷含量,包括特斯拉和長城旗下的豐巢能源都喊出“無鈷電池”,鈷的價格也從2018年上半年的9萬美元/噸下降至現(xiàn)在的4.45萬美元左右,近乎腰斬。

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全球鈷價****圖

相比之下,鎳的重要性則更加無可取代:在三元鋰電池中,鎳含量基本上直接決定了能量密度,等于決定了電池的續(xù)航。鋰過剩,錳既不貴也不缺,鈷的含量和價格也在持續(xù)下降,如此一來,鎳的重要性則水漲船高,怎么避免被鎳“卡脖子”,也成了新能源車品牌繞不開的問題。

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2008年,特斯拉推出第一款跑車Roadster時,市場并不看好,其中一個原因在于它用的是18650鈷酸鋰電池,而非更廉價的磷酸鐵鋰電池,雖然續(xù)航不錯,但是售價也高達(dá)10.9萬美元起。

所謂18650就是,直徑18mm,高65mm的圓柱形鋰電池(0代表圓形),之前被大量用在筆記本電腦中,技術(shù)比較成熟,一致性和安全性都比較好,能量密度也比較大,特斯拉做的,就是把6831節(jié)18650電池通過串并聯(lián)的方式結(jié)合在一起,為汽車提供動力。

為了進(jìn)入大眾市場,特斯拉在Model S中雖然也用的是18650電池,但把正極材料變成了價格更低的鎳鈷鋁(NCA)電池,提高了鎳含量,減少了鈷,電芯的能量密度提升到243Wh/kg,比Roadster高出了三成左右,但是價格卻減少了1萬美元。和ModelS源于同一個平臺的Model X,用的也是18650。

為了保證穩(wěn)定供應(yīng)和控制成本,特斯拉和松下2014年決定共同出資50億美元,在美國內(nèi)華達(dá)州的一片沙漠中建設(shè)超級工廠,為Model 3提供所需要的電池,但是規(guī)格從當(dāng)初的18650變成了21700。

從名稱中可以看出,新一代的電池變大了,電芯的容量達(dá)到4.8Ah左右,電池的能量密度也達(dá)到300Wh/kg左右,相比于18650提高了20%,原因在于,21700在保有高鎳含量的NCA正極材料的同時,負(fù)極材料由原來的100%的石墨變成了硅碳復(fù)合材料,如此一來,相同容量的電池組所需要的電芯數(shù)量將會顯著減少。

這一方面既降低了電池的管理難度,同時也因?yàn)闇p少了電池包里的結(jié)構(gòu)件而降低成本,電池系統(tǒng)的成本從當(dāng)初的180美元/kWh降低到170美元/kWh,從而推動了特斯拉的銷量能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)的飛躍。

從無到有,從Roadster到Model S,再從Model S/X到Model 3/Y,特斯拉每次產(chǎn)品推陳出新的背后都有一次電池技術(shù)的升級,而在更新?lián)Q代的過程中,存在一條清晰的路線圖:更高的鎳、更少的鈷、更大的電池,更少的總數(shù),以及更高的能量密度。

簡單總結(jié)就是:高鎳無鈷化。

2012年,特斯拉Model S,單個電池能量密度為245Wh/kg,鈷含量為11kg/輛,到2018年,特斯拉Model3,單個電池的能量密度已經(jīng)達(dá)到300Wh/kg,鈷含量卻下降到4.5kg/輛,比6年前減少了60%,但這并不能滿足馬斯克的胃口。

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特斯拉的三次電池升級

從去年開始,全球新能源汽車市場開始爆發(fā),動力電池廠商經(jīng)過多年的磨練能力也越來越強(qiáng),特斯拉獨(dú)步天下的電池技術(shù)優(yōu)勢也在被慢慢追趕,在這樣的背景下,特斯拉去年舉辦了“電池日”,宣布推出高鎳的4680電池,比在Model 3上用的21700又要大一個個頭,像一個小的啤酒罐,號稱成本可以降低14%,續(xù)航可以提高16%。

在發(fā)布會上,馬斯克說:"如果我們最大限度地利用鎳,把鈷減少到零,我們可以使(電池)價格降低50%."

特斯拉的尋鎳之旅也由此開始。

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從總量上來說,地球上的鎳并不少,根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的統(tǒng)計(jì),截止到2019年年底,全世界已探明的鎳儲量約為8900萬金屬噸,印尼、澳大利亞、巴西和俄羅斯的儲量最為豐富,2019年,全球鎳產(chǎn)量約為250萬噸,印尼一國就占了約三分之一。

如果按照礦石性質(zhì)分,鎳礦主要分為硫化鎳和紅土鎳兩種。

前者主要分布在高緯度地區(qū),冶煉技術(shù)成熟,但是儲量在不斷下滑,開采成本日漸升高,占總供給的39%,后者主要分布在低緯度地區(qū),資源豐富,開采成本比較低,工藝成熟,而且因?yàn)榭亢#赃\(yùn)輸成本也比較低,占總供給的61%。

如果按含鎳量來分,又分為一級鎳和二級鎳,前者主要用于生產(chǎn)電池、電鍍以及合金等產(chǎn)品,后者主要用來生產(chǎn)不銹鋼,從下游消費(fèi)結(jié)構(gòu)來看,目前不銹鋼是鎳的最大下游市場,占總消費(fèi)的70%,動力電池雖然增長迅猛,但只占比5%左右。

而三元鋰電池所需要的鎳,自然是一級鎳,而一級鎳的來源只有兩種:硫化鎳礦或者是采用濕法冶煉的紅土鎳礦。

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如前文所述,硫化鎳因?yàn)閮α亢烷_采成本的原因,產(chǎn)量在不斷下滑。另一邊,由于新能源汽車市場的增長,動力電池,尤其是高鎳三元正極材料的需求也將出現(xiàn)指數(shù)級增長。根據(jù)Benchmark Minerals Intelligence的預(yù)測,到2030年,動力電池對鎳的需求量將從2020年的13.9萬噸飆升到140萬噸,占鎳總需求的30%。

一邊是供給跟不上,一邊是需求爆發(fā),硫化鎳的價格是肉眼可見的上漲。想要避免被原材料卡脖子,基本上只有兩條路:一是甘心挨宰,高價買硫酸鎳;二是想辦法利用廉價又豐富的紅土鎳生產(chǎn)電池級原料。

作為全世界生產(chǎn)新能源汽車最多的企業(yè),也是對未來規(guī)劃最激進(jìn)的公司(2030年產(chǎn)量為2000萬輛),特斯拉當(dāng)然感覺到了危機(jī),所以從去年開始,馬斯克就把鎳視作公司前進(jìn)路上最大的攔路虎。

所以,從去年下半年開始,就有消息傳出特斯拉將會在印尼建立電池工廠,但卻不了了之。今年3月,特斯拉瞄上了位于太平洋的新喀多尼亞島,這座小島上的Goro鎳礦理論上每年可以生產(chǎn)6萬噸紅土鎳,特斯拉獲得了這些資源的供應(yīng)權(quán)。

Goro鎳礦原本是歸巴西淡水河谷公司和日本住友商事共同所有,雙方想通過濕法冶煉的方式,利用紅土鎳生產(chǎn)出動力電池所需要的硫化鎳,投資巨大,但投產(chǎn)十年來一直沒有達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能,兩大股東損失慘重,最后只能割肉賤賣。

毫不夸張地說,誰能在紅土鎳的濕法工藝上取得革命性的技術(shù)突破,誰就能擁有鎳的定價權(quán)。所以過去十年,不少公司前仆后繼,除了淡水河谷和住友商事,還包括全球礦業(yè)巨頭必和必拓以及謝里特,但最終都以失敗告終。

然而,在這場技術(shù)革命中,中國軍團(tuán)卻實(shí)現(xiàn)了后發(fā)先至。

今年5月,位于印尼的力勤礦業(yè)宣布投產(chǎn)第一批氫氧化鈷產(chǎn)品,這也意味著利用紅土鎳生產(chǎn)電池級產(chǎn)品的可行性已經(jīng)得到了證實(shí)。除了力勤,中國不少企業(yè)已經(jīng)加入到這場技術(shù)革命的浪潮中,包括全球不銹鋼之王“青山控股”,華友鈷業(yè)、格林美、洛陽鉬業(yè)以及寧德時代控股的廣東邦普等。

這批中國軍團(tuán)的加入,一方面意味著用于硫化鎳的供應(yīng)緊張問題將得到極大緩解,同時也意味著鎳的價格將會進(jìn)一步下降,從而帶動動力電池系統(tǒng)以及電動車成本的下降,這對于一直擔(dān)心被鎳卡脖子的新能源玩家來說,無疑是一個巨大的利好。

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表面看,汽車行業(yè)的競爭只存在于整車廠之間,但殊不知,在這場新能源革命的背后,上游礦產(chǎn)資源的爭奪戰(zhàn)更為激烈,因?yàn)檫@不僅涉及到公司利潤,還關(guān)乎國家的能源安全。

中國本身是一個少鋰、少鎳、無鈷的國家,過去十年通過一批企業(yè)在海外的收購和布局,已經(jīng)形成了一個完整的供應(yīng)和加工體系,也出現(xiàn)了包括寧德時代、比亞迪在內(nèi)的世界第一梯隊(duì)的動力電池廠商。

但不能忽略的是,隨著歐美國家開始積極布局新能源,上游供應(yīng)鏈的競爭無疑將會加劇。

早在2017年,歐洲就成立了電池聯(lián)盟。今年6月,美國能源部、國防部、商務(wù)部和國務(wù)院共同發(fā)布了《國家鋰電池藍(lán)圖(2021-2030)》,目標(biāo)就是建設(shè)美國國內(nèi)的鋰電池原材料的加工能力,并且降低對敏感材料(尤其是鎳和鈷)的依賴程度。

誰能拿到產(chǎn)業(yè)鏈上的最大話語權(quán),仍然是個未知數(shù)。

全文完。感謝您的耐心閱讀。

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